基于NRF24L01的無線搶答器設(shè)計

南京科技職業(yè)學(xué)院 王 運 王賽帥 牛宗超 馮 薇

?

基于NRF24L01的無線搶答器設(shè)計

南京科技職業(yè)學(xué)院 王 運 王賽帥 牛宗超 馮 薇

【摘要】設(shè)計了以NRF24L01無線傳輸模塊及單片機89C51為核心的無線搶答器系統(tǒng)。利用串行接口與上位機的通信功能，成本較低，豐富了顯示功能，可實現(xiàn)多種搶答場合。

【關(guān)鍵詞】STC89C51；NRF24L01；無線搶答

1　引言

目前，各學(xué)校、企業(yè)、電視臺及其他單位常舉辦的各種知識競賽多離不開搶答的環(huán)節(jié)。比賽要做到公正、準(zhǔn)確、高效以及直觀的判斷選手的答題權(quán)，數(shù)字搶答器就必不可少了。在本次設(shè)計中，主要研究的是利用NRF24L01的無線搶答器的設(shè)計。采用單片機89C51來控制無線模塊的發(fā)送接收功能并且處理搶答器的邏輯，通過上位機來完成選手號碼顯示等效果。該方案的優(yōu)點在于: 反應(yīng)快、安裝簡單、覆蓋范圍廣、可擴(kuò)展性強、使用效果更美觀等。

2　系統(tǒng)方案設(shè)計原理

本設(shè)計主要由單片機最小系統(tǒng)、無線收發(fā)模塊、按鍵模塊、顯示模塊、報警模塊、上位機顯示模塊、主持人控制模塊、選手終端組成。具體的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框圖

3　功能設(shè)計

本系統(tǒng)在考慮搶答器形狀、布線、傳輸距離等因素的前提下，設(shè)計了如下功能：1)搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ～ S7表示。2)設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。3)搶答器具有鎖存與顯示功能。4)搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。5)參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效。6)如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效。7)將搶答成功的選手號碼傳送給上位機顯示。

圖2　主持人控制電路

4　硬件電路設(shè)計

為完成競賽搶答任務(wù)，該系統(tǒng)分為兩大部分：主持人控制電路（見圖2）、選手電路，主持人控制電路和選手電路部分之間的聯(lián)系，采用NRF24L01無線通信。各部分都采用單片機作為控制核心；采用無線收發(fā)模塊，作為無線通信器件，具有電路簡潔可靠的優(yōu)點。數(shù)據(jù)的傳輸，采用幀結(jié)構(gòu)對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行打包。幀結(jié)構(gòu)的起始位采用特殊實用的結(jié)構(gòu)，既可包含發(fā)送對象的地址信息，又具有很強的抗干擾能力，使已傳送的數(shù)據(jù)顯示十分穩(wěn)定可靠。搶答顯示部分的倒計時，可根據(jù)情況從0—99秒任意設(shè)定。

圖3　選手終端電路

圖4　系統(tǒng)程序流程圖

5　軟件設(shè)計

本設(shè)計的系統(tǒng)流程（見圖4）：主持人按下控制開關(guān)后，電路進(jìn)入倒計時預(yù)設(shè)狀態(tài)，設(shè)置好后再按一下控制開關(guān)，則完成預(yù)設(shè)，數(shù)碼管顯示預(yù)設(shè)數(shù)。當(dāng)主持人按下開始按鈕后，選手可以搶答，同時數(shù)碼管顯示倒計時讀秒，如有選手按下?lián)尨疰I，數(shù)碼管顯示該選手的序號，同時封鎖其他的搶答信號，蜂鳴器鳴叫，以示有人搶答成功。如讀秒歸零時還無人搶答，則蜂鳴器鳴叫，數(shù)碼管顯示為不斷閃亮的“00”，以示搶答時間到。當(dāng)搶答的選手回答完畢或讀秒歸零后，主持人按一下開始按鈕，電路即可恢復(fù)到開始搶答，倒計時讀秒狀態(tài)。

6　上位機　PC　端程序

本軟件是在C#環(huán)境下開發(fā)的，充分利用其串口通信功能，建立搶答通信界面。

圖5　系統(tǒng)上位機界面

7　結(jié)論

本文研制了基于nRF24L01 無線通信模塊的無線搶答器系統(tǒng)，并通過實驗實現(xiàn)和驗證了無線搶答過程。結(jié)合nRF24L01芯片的無線通信技術(shù)和基于C#開發(fā)的軟件可視化技術(shù)，提高了無線搶答器系統(tǒng)的工作性能。本系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)有線搶答器布線復(fù)雜、體積較大、故障較高、界面不友好等缺點，實現(xiàn)低成本、小型化、直觀友好的人機交互功能，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]余發(fā)山,王福忠.單片機原理及應(yīng)用技術(shù)[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2008.

[2]張偉娟.基于nRF24L01的無線搶答器設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù),2014,4.

[3]馬忠梅.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].航空航天大學(xué)出版社,2001.

[4]林桂娟,丁煥琪.基于nRF24L01無線搶答器的研制[J].廈門理工學(xué)院學(xué)報,2013,3.

[5]沈曉波,王留留,苗磊.基于NRF24L01的多路無線智能搶答器設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2013.

基金項目：江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201512920003Y）；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目，英文標(biāo)志簡稱：TAPP 。